【研究背景】固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPEs）在高能量密度電池中的應(yīng)用面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，包括離子擴(kuò)散緩慢、正極界面的氧化分解、鋰金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)，以及與現(xiàn)有商用電池的堆疊組裝技術(shù)的不兼容性?！境晒?jiǎn)介】基于上述研究背景，該工作提出一種原位聚合策略，以解決固態(tài)電池設(shè)計(jì)中的上述難題。通過原位聚合獲得植入納米纖維素框架內(nèi)部的交聯(lián)聚（乙二醇）二縮水甘油醚（PEGDE）電解質(zhì)，在10μm厚度下顯示出增加的機(jī)械強(qiáng)度（11.31MPa）和更優(yōu)異的離子傳導(dǎo)（150mS）。經(jīng)過嚴(yán)格篩選，具有最高HOMO為-5.942eV的電解質(zhì)犧牲型三苯基膦（TPP）添加劑，優(yōu)先氧化于LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NCM811）正極，在化成充電過程中形成正極界面層。同時(shí)，溶劑化的雙（三氟甲基磺?；﹣啺蜂\（II）在鋰箔上預(yù)先還原生成了聚醚/LiZn負(fù)極界面層，從而有效地促進(jìn)了界面鋰離子擴(kuò)散和鋰水平沉積行為。原位固化的SPE與薄層鋰箔（50μm）和NCM811正極（25mgcm-2）匹配組裝的94mAh軟包電池在4.5V高壓下穩(wěn)定循環(huán)，并在200次循環(huán)后仍保持其初始容量的95.1%，質(zhì)量和體積能量密度分別高達(dá)397.5Whkg-1和1197.6WhL-1?！狙芯苛咙c(diǎn)】1）選用PEGDE具有雙活性端基，在預(yù)先滲入的超薄納米纖維素（NC）骨架中發(fā)生固化后能生成超薄交聯(lián)聚醚電解質(zhì)。交聯(lián)結(jié)構(gòu)能有效阻礙聚醚分子鏈結(jié)晶，與納米纖維素隔膜共同提高電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率。2）通過在固化前驅(qū)液中引入高HOMO和低LUMO能級(jí)的犧牲型添加劑原位構(gòu)建了耐高壓正極界面層和具有快離子傳輸速率的負(fù)極界面層，同時(shí)提升了正負(fù)極界面穩(wěn)定性。3）一步原位固化法電池制備工藝符合現(xiàn)有商業(yè)化電池生產(chǎn)工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)Ah級(jí)固態(tài)電池的組裝和穩(wěn)定循環(huán)。【圖文導(dǎo)讀】示意圖1通過原位聚合技術(shù)制備的與NCM811正極和鋰箔兼容的聚醚基SPE結(jié)構(gòu)示意圖圖1.原位聚合P-PEGDE-NC電解質(zhì)的表征。（a）LiDFOB鹽引發(fā)的開環(huán)聚合反應(yīng)的機(jī)制。（b）不含/含LiDFOB的PEGDE前驅(qū)液在80℃儲(chǔ)存前后的光學(xué)圖片。（c）PEGDE、雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)、LiDFOB和P-PEGDE樣品的FTIR光譜。（d）納米纖維素隔膜的真空抽濾制備過程示意圖。（e）原位聚合過程的示意圖。（f）P-PEGDE-NC電解質(zhì)的光學(xué)圖片。（g）P-PEGDE-NC電解質(zhì)的SEM圖。（h）PEO、P-PEGDE和P-PEGDE-NC電解質(zhì)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（i）PEO和P-PEGDE電解質(zhì)的DSC曲線。（j）通過VFT方程擬合PEO、P-PEGDE和P-PEGDE-NC電解質(zhì)的離子電導(dǎo)（G）和離子電導(dǎo)率（σ）。（k）PEO、P-PEGDE和P-PEGDE-NC電解質(zhì)的LSV曲線。圖2.TPP衍生的CEI的組成分析以及使用含有TPP添加劑的P-PEGDE-NC電解質(zhì)的NCM811|Li電池的電化學(xué)性能。（a）PEGDE、TPP、PEGDE-Zn2+、PEGDE-Li+、TFSI-和DFOB-物質(zhì)的HOMO和LUMO能級(jí)。（b）PEGDE和PEGDE-2TPP前驅(qū)液的LSV曲線。（c,d）NCM811|PEGDE-NC|Li和NCM811|PEGDE-NC-2TPP|Li在聚合前的首次充放電曲線和相應(yīng)的dQ/dV曲線。（e,f）聚合前NCM811|PEGDE-NC-2TPP|Li電池中循環(huán)后的NCM811正極顆粒的HRTEM圖、高角度環(huán)形暗場(chǎng)圖和Mn、C、P元素分布圖。（g,h）聚合前在PEGDE和PEGDE-2TPP前體中循環(huán)的NCM811正極的C1s和P2pXPS譜。（i）NCM811|P-PEGDE-NC|Li和NCM811|P-PEGDE-NC-2TPP|Li電池的循環(huán)性能。（j）NCM811|P-PEGDE-NC|Li和NCM811|P-PEGDE-NC-2TPP|Li電池循環(huán)前后的EIS曲線。（k）使用原位聚合的P-PEGDE-NC和離位制備的P-PEGDE-NC電解質(zhì)的NCM811|Li電池的GITT曲線和擴(kuò)散系數(shù)。圖3.Zn(TFSI)2衍生的SEI的組成和形貌。（a）Li|PEGDE-NC-3ZnTFSI|Li電池在靜置過程（MoK-α輻射）中實(shí)時(shí)相演化的原位XRD熱點(diǎn)圖。（b-e）從Li|PEGDE-NC-3ZnTFSI|Li電池拆卸的Li箔的C1s、F1s、Zn2p和Li1sXPS譜。（f）從Li|PEGDE-NC-3ZnTFSI|Li電池拆卸的Li箔表面的TOF-SIMS深度剖面。（g）LiCO3-、C2H3O-、LiZn和LiF2?片段的TOF-SIMS3D空間分布圖。（h-i）Zn(TFSI)2衍生SEI的TEM圖、高角度環(huán)形暗場(chǎng)圖和相應(yīng)的EDX圖。（j）Zn(TFSI)2衍生的SEI中獲得的LiZn(220)（j1）和LiF(200)（j2）的HRTEM圖和晶格條紋。（k-m）從Li|PEGDE-NC-1ZnTFSI|Li、Li|PEGDE-NC-3ZnTFSI|Li和Li|PEGDE-NC-5ZnTFSI|Li電池拆卸的Li箔的SEM圖。圖4.使用同時(shí)含有TPP和Zn(TFSI)2添加劑的P-PEGDE-NC電解質(zhì)的NCM811|Li電池的電化學(xué)性能。（a）使用P-PEGDE-NC-2TPP-3ZnTFSI電解質(zhì)的NCM811|Li電池在充電/放電過程中的原位XRD熱點(diǎn)圖和電壓-比容量曲線。（b）鋰箔和LiZn合金表面鋰擴(kuò)散的最小能量路徑和相應(yīng)的能壘。（c-e）分別使用P-PEGDE-NC、P-PEGDE-NC-2TPP和P-PEGDE-NC-2TPP-3ZnTFSI電解質(zhì)的NCM811|Li電池在不同截止電壓和倍率下的循環(huán)性能。（f）不同電解質(zhì)組裝的NCM811|Li電池在各種截止電壓/倍率下循環(huán)100圈后的放電容量保持率。（g）P-PEGDE-NC、P-PEGDE-NC-2TPP以及P-PEGDE-NC-2TPP-3ZnTFSI電解質(zhì)在3.0-4.5V電壓范圍內(nèi)的倍率性能。（h）NCM811正極的面負(fù)載、NCM811|P-PEGDE-NC-2TPP-3ZnTFSI|Li電池的容量保持率和電流密度與之前文獻(xiàn)報(bào)道值的比較?！究偨Y(jié)與展望】這項(xiàng)研究提出了“鋰金屬負(fù)極-界面層-固態(tài)電解質(zhì)-界面層-高壓正極”一體化電池的原位構(gòu)建策略。通過在前驅(qū)液中引入犧牲型添加劑實(shí)現(xiàn)了正負(fù)極界面層的原位構(gòu)建，通過引發(fā)前驅(qū)液發(fā)生原位聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了超薄交聯(lián)聚醚固態(tài)電解質(zhì)的原位構(gòu)筑。相關(guān)表征分析表明，在界面層作用下，聚醚固態(tài)電解質(zhì)的